基于微宇宙模拟的洞庭湖底泥中环状挥发性甲基硅氧烷富集规律和迁移降解机制研究

The extensive use of Cyclic Volatile Methyl Siloxanes (cVMs) has caused considerable environmental risk since the 20th century. cVMs has been tested in various environmental medium in all over the world. Study on the pollution of cVMs in sediment is among the most concerned problems all aroud the world. cVMs could have entered Dongting Lake and concentrated in the sediment via various way due to the disorded discharge of industrial and municipal waste water. Targeted on the sediment of Dongting Lake, our project aims in accquiring the characteristic parameter of the migration, dispension and degradation of cVMs in sediment system through lab-scale experiments, microcosm simulation and short-term / long-term degradation tests. The multi-medium level IV fugacity model will be developed based on the environmental parameters of Dongting Lake, the soption-desorption effect of sediment component on cVMs would be studied, and the behavior of cVMs in sediment should be explored systematically.

环状挥发性甲基硅氧烷（Cyclic Volatile Methyl Siloxanes, cVMs）是一种具有较大环境风险的新兴有机污染物。cVMs可通过污水外排以及工业、生活污水的无序排放等多种途径进入河流湖泊底泥体系。针对河湖底泥中cVMs污染现状的研究是国际研究前沿的热点和难点问题。本项目将以洞庭湖区底泥体系为研究对象，通过室内微观机理试验，阐明不同底泥组分与cVMs间相互作用机制；通过微宇宙模拟试验，表征多介质体系中cVMs的吸附、解吸、挥发、降解、迁移、转化机制；通过14C标记的短期/长期降解试验，探索cVMs在底泥系统中的降解过程、路径和动力学；通过建立结合洞庭湖区环境属性参数的多介质IV级逸度模型，定量模拟洞庭湖区底泥体系中cVMs的动态迁移、分配、降解过程。本项目的研究成果能够为cVMs的环境行为研究提供科学支撑，同时为洞庭湖区cVMs污染现状研究和预测提供理论依据。

环状挥发性甲基硅氧烷（Cyclic volatile methylsiloxanes， cVMs）是一种具有环境风险的新兴有机污染物。随着cVMs不断的被排放到环境中，导致环境和人体暴露风险逐渐增加，而其在环境中的持续性、毒性和生物富集性近几年来受到广泛关注。洞庭湖作为我国第二大淡水湖，重要的渔业养殖基地，必然受到一定程度的cVMs污染，但目前关于洞庭湖中cVMs的污染状况、来源及风险评估等鲜有报道。本研究选取洞庭湖的主要部分：东洞庭湖为研究地区，探索了洞庭湖水体、底泥和土壤中cVMs的赋存、来源、空间变化及随丰水期和枯水期等季节性变化。通过对洞庭湖进行采样监测分析，结果表明，洞庭湖区域内水体中总cVMs浓度为64.89 – 489.07 ng/L；底泥中总cVMs浓度为26.63 – 996.95 ng/g 干重；土壤中总cVMs浓度为< LOD – 163.00 ng/g干重。样品中总cVMs含量与样品中的总有机碳（TOC）成正相关，下游样品中cVMs含量大于上游样品。样品中的cVMs种类主要是以D5为主，D6和D4次之。其中，以洞庭湖入江处下游处，cVMs含量最高。在造船厂处总cVMs含量最高，为996 ng/g干重；岳阳楼、七里山的浓度也相对较高。通过对样品中cVMs的来源进行初步分析，cVMs的来源具有相同的污染源，结果表明洞庭湖区域样品中cVMs的主要来源为周边居民的生活污水直接或间接排放、工业废水、城市生活污水处理厂出水排放等；距离污染源较近的样品中cVMs含量明显较高，距离污染源远的样品中cVMs明显较低。基于室内批式试验和微宇宙动态暴露模拟系统试验，cVMs的吸附‒解吸过程主要受到底泥中有机物含量的影响，而本项目进一步利用活性污泥的蚯蚓堆肥产物，模拟了酸雨淋滤条件下对底泥中cVMs的吸附截留特征行为，发现并证明了，利用蚯蚓堆肥产物，能够有效固化/稳定化底泥中的cVMs类污染物，这一过程主要依托于堆肥产物中含量丰富的腐殖质类物质，其表面所富含的各种官能团，能够有效与cVMs结合，并将其截留在底泥中，降低cVMs类污染物的环境风险。本项目研究所得到的大量基础理论数据和机理，能够为以洞庭湖为代表的河湖底泥及水体中cVMs类污染物的有效控制及未来的风险评估提供技术和理论支撑，具有较大的科学研究前景和现实意义。